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玻璃管元件及生产线的制作方法

专利查询6月前  21

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1.本实用新型涉及一种玻璃管元件及其生产线。


背景技术:

2.玻璃管元件在许多不同的行业中广泛用作基本部件。对此的一个原因是玻璃管元件具有以下优点:玻璃管元件可以至少部分地在随后的处理链中以多种不同的方式方便且容易地重塑。只需几个不同的玻璃管元件作为基本部件就可以生产出多种不同的产品。这使得能够以可控的成本和广泛可用的技术手段提供灵活多样的产品范围。
3.特别是在药物容器领域中,玻璃管元件作为西林瓶、注射器等的基本部件特别受人关注。此外,玻璃可以制造成使其不含诸如pb、as和cd的有毒成分并具有高化学稳定性和高化学惰性。由于玻璃的高化学稳定性,可以消除或至少减少玻璃管元件的玻璃壁(或壳体)的物质沉淀或泄漏,这尤其表明玻璃管元件非常适合制药领域。
4.除了在设计选择上的高自由度外,很明显,玻璃管元件具有优良的性能,以与药物组合物一起用作药物容器的基本部件。
5.然而,对药物容器的要求很高。并且因此对玻璃管元件的要求也很高。为了满足各自的规格,特别要求各基本部件具有统一的设计,几何参数要控制在严格的范围内。这样,可以确保基于玻璃管元件制造的产品(例如注射器)本身没有意外的张紧,并且不会与其稍后应连接的其他部件(例如盖等)错配。这通常允许产品与其他部件的安全交互,以及产品的安全处理。
6.否则,在生产过程中或使用期间可能会出现危急情况。产品(例如药物容器)的破损可能会发生。因此,可能会损失容器中保存的药物组合物,另外,可能会给处理该药物容器的人员带来危险。
7.因而,对药物容器的质量要求同样也适用于呈玻璃管元件形式的基本部件。到目前为止,已经确定了各种各样的玻璃管元件几何参数,可以对玻璃管元件进行优化以获得高质量的玻璃管元件。
8.然而,因为对质量的要求在不断提高,所以有必要进一步提高药物容器的质量,因此也有必要提高玻璃管元件的质量。


技术实现要素:

9.因而,本实用新型的目的是提供质量提高的玻璃管元件,其特别适合用作为了根据制药行业的需要进行重塑等进一步加工的基本部件。本实用新型的又一目的是提供这种玻璃管元件的用途和一种用于生产这种玻璃管元件的方法。
10.根据本实用新型的第一方面解决了该问题,其中玻璃管元件包括:
11.至少一个呈空心圆柱形式的区段,其中该区段具有至少一个壳体,该壳体围成至少一个管腔;
12.其中限定(a)在玻璃管元件的特定横截平面中壳体的外径的最小值与最大值的差
值和(b)在玻璃管元件的特定横截平面中壳体的外径的最小值和最大值的平均值的第一比率,该特定横截平面是与该玻璃管元件的主延伸方向垂直的一个或多个横截平面并且在该一个或多个平面中壳体的最小和最大外径之差具有最大的绝对值;
13.其中选择或能够选择出该玻璃管元件的区段的至少一个子区段,玻璃管元件的区段的该至少一个子区段具有至少一个起点和至少一个终点,从该起点至终点沿着直线测量或能够测量1米的距离,在起点和终点与玻璃管元件的区段的子区段的中心轴线相交;
14.其中对于玻璃管元件的区段的子区段的中心轴线的每个点确定或能够确定到直线的最短距离;
15.其中限定(c)特定距离与(d)1米的第二比率,该特定距离限定为所有最短距离中最大的;
16.其中提出第一比率和第二比率的乘积小于4
×
10-6

17.因此,本实用新型基于令人惊讶的发现玻璃管元件的质量得到了提高,因此,如果玻璃管元件的几何参数不是(仅)孤立地考虑,而是彼此间处于适当的关系,则玻璃管元件特别适合于后续加工,例如至少部分重塑。根据本实用新型,这可以通过限定各自的特定和依赖性并未他们中的一个或多个分配适当的边界来特别实现。
18.实用新型人已经特别发现,选择主要在彼此垂直的平面中描述的玻璃管元件的设计的特性可以产生高质量的玻璃管元件。换句话说,已经发现有利的是使用这些很大程度上彼此不相关的特性。以这种方式,可以在玻璃管元件的设计方面进行完整的三维覆盖而仅需同时考虑少数特性。
19.在这方面,以第一比率为形式的特性在其椭圆度方面描述了玻璃管元件在垂直于玻璃管元件的延伸的主方向的第一平面中的设计。以第二比率为形式的另外的特性在其直度方面描述了玻璃管元件在平行于玻璃管元件的延伸的主方向的第二平面中的设计。
20.因此,实用新型人惊讶地发现,合适的特性是玻璃管元件的椭圆度和直度,其在以合适的方式选择时在质量和耐久性方面导致玻璃管元件的改进。
21.根据本实用新型的构思,这两种特性的元素还通过依赖于品质因数的依赖关系彼此联系,该品质因数受到一些边界的限制。可以说,这个变化使玻璃管元件的先前在很大程度上不相关的单个特性的椭圆度和直度彼此关联。或者换句话说,彼此垂直的两个空间方向以此方式相连接。事实证明,依赖关系的限定或,换句话说,组合的特性允许以整体的方式控制玻璃管元件的质量。
22.这允许能够以令人惊讶的、可靠且廉价的方式获得高质量玻璃管元件,从而获得基于这种玻璃管元件的高质量产品,例如药品容器。
23.公认地,可以存在多于一个平面,该平面垂直于玻璃管元件的主延伸方向,并且在该平面中差值具有(相同的)最大值。
24.公认地,在优选实施例中,玻璃管元件的主延伸方向是至少两个可能的方向之一。
25.公认地,术语“(圆柱体/玻璃管元件的)壳体”和“(圆柱体/玻璃管元件的)壁”在这里用作同义词。
26.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,第一比率小于0.005、优选小于0.0045、更优选小于0.004、更优选小于0.0035、更优选小于0.003、更优选小于0.0025、甚至更优选小于0.002、并且最优选小于0.001。
27.通过将一个(或多个)特性(即比率)限制在一定的数值范围内,可以实现玻璃管元件的设计,该设计已被证明代表着高质量的一个特别有用的基本部分。这是正确的,因为不仅指定了以依赖性的形式的全局控制参数,而且还指定了有助于全局控制参数的属性。
28.较小的比率可以提高玻璃管元件的可靠性和质量,因而可以提高最终产品的质量。反过来,这也可以制造出组件,这些组件提供了更好的互连功能,同时减少了游隙(play)。
29.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,第二比率小于0.00075、优选小于0.0007、更优选小于0.00065、更优选小于0.0006、更优选小于0.0005、更优选小于0.0004、更优选小于0.0003、甚至更优选小于0.00025、并且最优选小于0.0002。
30.通过将一个(或多个)特性(即比率)限制在一定的数值范围内,可以实现玻璃管元件的设计,该设计已被证明代表着高质量的一个特别有用的基本部分。这是正确的,因为不仅指定了以依赖性的形式的全局控制参数,而且还指定了有助于全局控制参数的属性。
31.较小的比率可以提高玻璃管元件的可靠性和质量,因而可以提高最终产品的质量。反过来,这也可以制造出组件,这些组件提供了更好的互连功能,同时减少了游隙(play)。
32.尽管通过仅满足一个比率(特性)已经可以获得显着的改进,但是在优选实施例中,通过满足甚至两个比率(特性)也可以获得进一步的改进的设计。
33.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,第一比率和第二比率的乘积小于3.5
×
10-6
、优选小于3.25
×
10-6
、更优选小于3.0
×
10-6
、更优选小于 2.75
×
10-6
、更优选小于2.5
×
10-6
、更优选小于2.0
×
10-6
、更优选小于1.5
×
10-6
、甚至更优选小于1.0
×
10-6
、并且最优选小于0.5
×
10-6

34.较小的比率可以提高玻璃管元件的可靠性和质量,因而可以提高最终产品的质量。反过来,这也可以制造出组件,这些组件提供了更好的互连功能,同时减少了游隙(play)。
35.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,玻璃管元件具有在0.5m 和5m之间、优选在0.7m和3m之间、更优选在1m和2m之间、甚至更优选在1.2m和1.8m之间、最优选为1.5m的长度。
36.具有在优选范围内的长度的玻璃管元件具有更高的质量。这是因为获得了一种更稳定、更限定的玻璃管元件。
37.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,最大外径在1mm和100 mm之间、优选为3mm和60mm之间、更优选为6mm和45mm之间、8mm 和19mm之间、6mm和50mm之间或8mm和30mm之间。
38.具有在优选范围内的最大外径的玻璃管元件具有更高的质量。这是因为获得了一种更稳定、更加限定的玻璃管元件。
39.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,壳体具有在0.1mm和5 mm之间、优选为0.2mm和3mm之间、更优选为0.3mm和2.5mm之间、最优选为0.4mm和1.8mm之间的平均厚度。
40.具有优选壳体平均厚度的玻璃管元件特别适合应用本实用新型方法,因为对于这种玻璃管元件可以获得更可靠的第一和第二比率。
41.术语“平均厚度”在此是指壳体在玻璃管元件的长度上的平均厚度。如果壳体的厚度在任何地方都具有恒定值,则平均厚度与实际厚度相同。
42.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,玻璃管元件包括至少部分硅酸盐玻璃,例如钠钙玻璃和/或铝硅酸盐玻璃和/或硼硅酸盐玻璃。
43.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,玻璃管元件、特别是其玻璃材料具有高于300℃、优选为高于500℃、更优选为高于520℃、甚至更优选为高于530℃、甚至更优选为高于550℃、最优选为高于600℃和/或低于900℃、优选为低于800℃、更优选为低于700℃、甚至更优选为低于650℃、最优选为低于630℃的转变温度。
44.优选地,转变温度是指用于玻璃管元件的壁的玻璃的转变温度。
45.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,玻璃管元件优选为在其生产过程中至少暂时连接于、优选为一体连接于一个或多个其他玻璃管元件,和 /或为至少一根玻璃管线的一部分。
46.更经济的做法是制造一条更长甚至是无尽的玻璃管线,然后在这条线上按照期望长度依次精制单个玻璃管元件。
47.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,在20℃至300℃范围内测量的玻璃管元件的平均线性热膨胀系数(cte)在3.0和10.0
×
10-6
k-1
之间、优选在3.3和7.5
×
10-6
k-1
之间、更优选在4.7和6.0
×
10-6
k-1
之间。
48.对于玻璃管而言,具有较低的cte是有益的,这使得产品更均匀。因此,在优选实施例中,cte限于为不超过6.9
×
10-6
k-1
或不超过5.9
×
10-6
k-1
。可以根据din iso 7991:1987测量cte。
49.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,玻璃管元件、优选在其生产过程中、至少在其冷却期间的至少一部分期间,以限定的运动速度沿着限定的运动路径通过至少一个冷却设备,以设定玻璃管元件的局部改变的冷却速率。优选地,运动路径平行于玻璃管元件的主延伸方向延伸和/或沿水平方向延伸。
50.令人惊讶地发现,如果玻璃管元件在其冷却期间经过特殊处理,则玻璃管元件的几何参数以及由此玻璃管元件的第一、第二比率及整体质量可以得到改善。事实证明,局部改变的玻璃管元件的冷却速率可以对冷却过程产生有利的影响。
51.优选地,对玻璃管元件的外表面的冷却速率进行改变。然而,也可以在其他地方,例如玻璃管元件的壳体内,对冷却速率进行改变。
52.如果确定运动速度和运动路径,则可以更好地控制冷却过程。特别地,已经发现直的或至少接近直的运动路径更适合于均匀且可再现的相互作用。
53.实用新型人认为通过在冷却期间分别使用冷却设备以及其他设置进行上述处理,控制玻璃管元件的结构,尤其是在玻璃管元件的外表面之上、之下和/或附近的结构,从而改善玻璃管元件的几何特性。
54.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,运动速度在1cm/s和1000 cm/s之间、优选在20cm/s和800cm/s之间更优选在30cm/s和500cm/s之间、最优选为100cm/s。
55.对于优选速度,获得了冷却设备和玻璃管元件之间的最佳相互作用时间。因此,也可以获得更高质量的玻璃管元件。
56.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,当玻璃管元件穿过冷却设备和/
或沿着冷却设备经过时,其表面温度和少暂时在tg-50℃和tg+150℃之间。
57.实用新型人发现,当玻璃管元件的表面温度(特别是壳体的外表面的温度) 在玻璃管元件的材料(即玻璃)的转变温度附近的一定区间内时,冷却设备与玻璃管元件之间可以产生特别有益的相互作用。其结果是提高了玻璃管元件的质量。
58.实用新型人认为,与其他温度相比,对于转变温度附近的温度范围来说,由于冷却设备可以说是“铭刻(imprint)”了一种改变,使玻璃管元件的性能得到改善,因此,玻璃管元件可以受到本实用新型构思的有利影响。
59.在优选实施例中,表面温度是外表面处的温度。
60.公认地,当玻璃管元件穿过冷却设备和/或沿着冷却设备经过时,其表面温度和少暂时处于优选温度区间之内。换句话说,在优选实施例中,要求当玻璃管元件穿过冷却设备和/或沿着冷却设备经过时,其表面温度和少在优选温度区间内保持一段时间。
61.这并不排除表面温度(例如在开始通过/沿着冷却设备时)高于上限,和/ 或表面温度(例如在结束通过/沿着冷却设备时)低于下限。
62.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,冷却设备具有至少一个接触设备,其中接触设备至少不时地和/或逐区域地接触(优选为直接接触)玻璃管元件外表面的至少一个区域。
63.令人惊讶的发现是,提供一种接触设备允许以精确、可靠且舒适的方式控制玻璃管元件的表面(具体地外表面)上局部存在的冷却速率。还可以控制接触设备接触玻璃管元件的时刻。例如,这可以借助于接触设备在冷却设备内的相应空间布置来控制,使得玻璃管元件在较早或较晚的时刻沿相应接触设备通过。当然,优选地,并非整个接触设备都必须与玻璃管元件接触,但也有可能。只其一部分与玻璃管元件接触就可以足够了。当然,并非玻璃管元件的整个外表面必须与接触设备接触,但也可以。只玻璃管元件的外表面的区域与接触设备接触就可以足够了。
64.这些设计参数允许有效地控制接触设备与玻璃管元件之间的相互作用程度。接触设备与玻璃管元件之间的接触越早、接触时间越长、接触范围越广,两者之间可能发生的相互作用就越多,从而可能发生的冷却就越多。
65.在另外的优选实施例中,可替代地或附加地,冷却设备具有至少一个流体分配器设备,该流体分配器设备设计为在玻璃管元件外表面的至少一个区域上提供、优选至少不时地和/或逐区域地提供流体、例如水、雾和/或空气,优选为压缩空气。
66.使用流体可以改进对玻璃管元件冷却过程的控制。这样,尤其可以在短时间内实现温度的剧烈变化。这也可用于辅助由接触设备执行的冷却过程。
67.优选地,流体分配器至少部分地设计为至少一个环形喷嘴的形式。这允许流体与玻璃管元件之间实现均匀(及圆向)的相互作用。换句话说,使用环形喷嘴可以覆盖玻璃管元件的整个外表面。事实证明,这至少分段地改善了玻璃管元件的直度。
68.在优选实施例中,流体分配器作为至少一个空气轴承的一部分和/或与至少一个接触设备组合使用。这使得在玻璃管元件与接触设备之间减少接触或者甚至不直接接触的情况下获得相互作用。这样可以减少污染效应。
69.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,冷却设备具有多个接触设备,其中优选地第一数量的多个接触设备一个接一个地适时和/或在外表面的不同区域处与玻璃
管元件的外表面相接触,和/或第二数量的多个接触设备同时和/或在外表面的不同区域处与玻璃管元件的外表面相接触。
70.使用多于一个的接触设备可以使冷却设备和玻璃管元件之间进行更有效地相互作用,从而进一步改善玻璃管元件的性能。
71.如果一些或所有接触设备依次(在空间上和/或在时间上)与玻璃管元件的外表面相接触(其中接触设备不必均接触玻璃管元件外表面的相同区域,但至少部分或全部接触设备可以接触玻璃管元件外表面的不同区域),则由于例如接触发生在外表面的不同温度下和/或与不同的交互设备发生接触,因此可以获得梯度相互作用。
72.如果一些或所有接触设备(例如,在空间上分布)在同一时间与玻璃管元件的外表面接触(但例如在其不同区域处),则接触设备与玻璃管元件之间的相互作用可以发生在很小的物理空间内,因此,可以仅减小冷却设备的尺寸。从经济角度来看,这是有益的。
73.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,沿运动路径连续布置的两个接触设备、优选为多个接触设备中的每两个接触设备的中心距、优选沿运动路径测得的中心距不超过50cm、更优选为不超过40cm、甚至更优选为不超过30cm、甚至更优选为不超过20cm、最优选为不超过10cm。
74.事实证明,有利的是,允许沿运动路径的相邻接触设备之间具有不同距离。另外,相邻接触设备之间的距离可以变化。优选地,距离减小。这可以使得在较高的表面温度下后续相互作用的次数增加,与表面温度较低时的相互作用相比,这对玻璃管元件的性能影响可能更大。这也允许在较短的时间内与玻璃管元件相互作用。
75.事实证明,相互作用的增加是有好处的,即使其会带来更高的设置成本。所得的玻璃管元件具有改善的几何参数、尤其是改善的第一和第二比率,因而具有改善的质量。
76.在优选实施例中,特别是与玻璃管元件的长度相比,相邻接触设备之间的中心距很小或甚至非常小。
77.在优选实施例中,相邻接触设备之间的中心距很小或甚至非常小,此外,玻璃管元件在通过冷却设备(特别是接触设备)的同时旋转。已经证明,如果许多个接触设备与冷却设备内的玻璃管元件相接触,则可以改善直度。特别是,如果玻璃管元件(或其外表面)在接触时具有tg左右的温度,则可以观察到改善的直度。
78.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,接触设备中的至少一个接触设备、多于一个接触设备或所有接触设备与玻璃管元件外表面的两个、三个、四个或四个以上区域通过接触设备的相应接触区域相接触(优选为同时接触),其中优选地,接触区域和/或与每个接触设备相接触的外表面的区域彼此分开。
79.如果接触设备被设计为使得接触设备的多个部分与玻璃管元件相互作用 (例如接触),特别是在外表面处与玻璃管元件相互作用(例如接触),则可以获得改进的、更有效的、更全面的和更快的冷却过程控制。
80.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,至少第三数量的多个接触设备,优选为两个、三个、四个或五个接触设备形成接触设备组。其中接触设备组的接触设备围绕玻璃管元件布置、优选地以旋转对称的方式围绕玻璃管元件布置。优选地,第三数量的接触设备中的至少一部分或全部接触设备在玻璃管元件外表面的不同区域处和/或从不同空间方向同时与玻璃管元件接触。
81.通过适当的接触设备的空间布置,可以快速、可靠地完成冷却过程的操作。这是事实,原因是,两个或甚至更多个接触设备可以同时和/或从不同空间方向与玻璃管元件接触。事实证明,如果采用相应的布置,则对玻璃管元件的性能产生有利的影响。
82.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,在冷却设备、特别是接触设备,可以使玻璃管元件的表面温度在通过和/或沿着路径之后达到tg-200℃或更低。和/或其中至少一个或所有接触设备至少在与玻璃管元件接触的区域中、特别是在接触区域的区域中具有1w/(m
×
k)至100w/(m
×
k)、优选为10 w/(m
×
k)至70w/(m
×
k)、最优选为30w/(m
×
k)至50w/(m
×
k)的热导率。
83.通过采用具有特定热导率的接触设备的设计,可以对冷却过程进行精确控制,从而可以改善玻璃管元件的质量。
84.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,至少一个或所有接触设备被设计为至少一个脚轮,其中优选地,玻璃管元件是可移动的、可支撑的、通过脚轮沿着运动路径被移动和/或被支撑。
85.使用脚轮具有很大的设计自由度和灵活性。例如,可以轻松实现不同的尺寸(特别是不同的直径)、不同的材料、不同的热导率和不同的接触面积。
86.例如,在脚轮的至少一个横截平面中、优选为在包括脚轮中心轴线的平面中,脚轮至少部分地具有至少一个v形凹口。
87.该凹口允许同时实现脚轮和玻璃管元件之间的两个接触区域。换句话说,由于在由“v”提供的空间内,玻璃管元件可以由脚轮支撑,因此,脚轮提供了两个可能与玻璃管元件接触的侧壁。
88.还可以利用脚轮作为同时移动玻璃管元件的运输工具。这是非常经济的。
89.公认地,一个或多个脚轮也可以由相应数量的辊代替。
90.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,对至少一个接触设备、特别是一个或多个脚轮进行温度调节、尤其是冷却。
91.这样就可以精确地控制接触设备和玻璃材料之间的温差。
92.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,每个脚轮具有至少一个接触玻璃管元件的接触区域,该接触区域具有至少一个点,该点与脚轮中心轴线之间的距离分别为10cm以下、5cm以下、3cm以下、1cm以下、或0.5cm以下。
93.事实证明,有利的是,脚轮的接触区域靠近脚轮的中心轴线。这允许脚轮的尺寸可以用一个上限值来限制,进而使得设置紧凑,并且此外,还产生了最佳的相互作用结果。
94.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,每个脚轮具有50cm以下、优选为30cm以下、更优选为15cm以下、甚至更优选为10cm以下、甚至更优选为5cm以下、甚至更优选为3cm以下、最优选为1cm以下的外径。
95.事实证明,有利的是,脚轮的尺寸受到上限值的限制,从而使得设置紧凑,此外还产生了最佳的相互作用结果。单个脚轮越小,在小空间内可使用的脚轮就越多,并且可以一个接一个地布置更多的脚轮。这样可以获得高相互作用结果。
96.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,至少一个或所有接触设备被设计为至少一个链条和/或至少一条输送带,其中优选地,玻璃管元件是可移动的、可支撑的、通过链条或输送带沿着运动路径被移动和/或被支撑。
97.链条或输送带可以具有特殊的接触几何形状以控制冷却过程。
98.还可以利用链条或输送带同时作为移动玻璃管元件的运输工具。这是非常经济的。
99.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,针对接触设备的至少一个方面,例如数量、直径、大小、空间位置、中心距、热导率和/或设计、尤其是脚轮设计、输送带设计或链条设计,可以将多个接触设备分为至少两组。其中对于每个组,优选地,从上述相应的选项中分别选择各个方面的值。
100.如果使用不同类型的接触设备,则可以根据特定要求调整冷却设备与玻璃管元件之间的相互作用。
101.例如,对于多个接触设备(例如5个接触设备),第一组接触设备a(例如2个接触设备)具有设计a1(例如脚轮)、直径a2(例如5cm)、中心距a3 (例如6cm)、空间位置a4(例如距某个参考点0cm和6cm处测得的中心) 和热导率a5(例如30w/(m
×
k))的接触设备。第二组接触设备b(例如3 个接触设备)具有设计b1(例如脚轮)、直径b2(例如2cm)、中心距b3(例如3cm)、空间位置b4(例如在距参考点10cm、13cm和16cm处分别测得的中心)和热导率b5(例如40w/(m
×
k))的接触设备。
102.换句话说,对于每个组使用参数的所有可能组合能够改进制造工艺,因此改进玻璃管元件的性能。
103.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,玻璃管元件至少在其冷却期间旋转,优选地玻璃管元件至少在其冷却期间(1)根据运动速度旋转;(2) 以每秒1圈以上、优选为每秒5圈以上的旋转速度旋转;和/或(3)在通过冷却设备的过程中旋转0.5次以上、优选1次以上、3次以上、5次以上或10次以上。
104.旋转玻璃管元件可以围绕玻璃管元件的整个圆周实现接触设备与玻璃管元件之间的相互作用。特别地,旋转允许与仅一个单个接触设备进行圆周相互作用,当然,也可以使用多于一个接触设备。这样,可以提高玻璃管元件的性能。
105.如果在玻璃管元件通过冷却设备期间进行一次或多次旋转,则可以保证确实已经对玻璃管元件进行了至少一个完整的360度的相互作用。
106.然而,已经发现,在某些情况下,可替代地或附加地,优选的是,根本没有进行旋转。
107.根据本实用新型的第二方面解决了该问题,其中提出了一种玻璃管元件,特别是根据本实用新型的第一方面的玻璃管元件,其用作诸如西林瓶、药筒、安瓿瓶或注射器的至少一个药物容器的至少一个基本部件。
108.令人惊讶地发现,由于性能改善,根据本实用新型构思的玻璃管元件预定用于药物容器。
109.因此,玻璃管元件在药物容器的制造过程中可能非常有用。例如,它可以用于西林瓶或注射器的制造过程中。
110.根据本实用新型的第三方面解决了该问题,其中提出了一种生产玻璃管元件,特别是根据本实用新型的第一方面的玻璃管元件的方法,该方法包括以下步骤:
111.–
提供玻璃管线;
112.–
在玻璃管线的冷却期间以限定的运动速度沿着限定的优选为水平延伸的运动路
径引导玻璃管线,其中沿着运动路径的至少一个部分设置至少一个冷却设备,在玻璃管线穿过冷却设备和/或沿着冷却设备经过时,玻璃管线的表面温度和少暂时处于tg-50℃和tg+150℃之间;
113.–
借助于冷却设备至少暂时和/或逐区域地作用在穿过冷却设备的或沿着冷却设备经过的玻璃管线的至少一部分上,以设置玻璃管线的局部改变的冷却速率,使得在玻璃管线的壳体上建立了不同区域,其中至少一个第一区域的应力值位于第一范围内,并且至少一个第二区域的应力值位于第二范围内;以及
114.–
使用玻璃管线制造玻璃管元件。
115.令人惊讶地发现,如果玻璃管线在其冷却期间经过特殊处理,则玻璃管元件的几何参数,因此其第一、第二比率及整体质量可以得到改善。事实证明,通过局部改变玻璃管线的冷却速率影响冷却过程,会产生有利的结果。
116.优选地,对玻璃管元件的外表面的冷却速率进行改变。然而,也可以在其他地方,例如在玻璃管元件的壳体内,对冷却速率进行改变。
117.如果限定了运动速度和运动路径,则可以获得冷却过程的更高的控制。特别地,已经发现直的或至少接近直的运动路径更适合于统一的且可再现的相互作用。
118.实用新型人认为,在冷却期间分别使用冷却设备以及其他设置进行上述处理,控制玻璃管元件的结构,尤其是在玻璃管元件的外表面之上、之下和/或附近的结构,从而改善玻璃管元件几何特性。
119.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,冷却设备具有至少一个接触设备,其中接触设备至少不时地和/或逐区域地接触(优选为直接接触)玻璃管元件外表面的至少一个区域。
120.令人惊讶的发现是,提供一种接触设备允许以精确、可靠且舒适的方式控制玻璃管元件的表面(具体地外表面)上局部存在的冷却速率。还可以控制接触设备接触玻璃管元件的时刻。例如,这可以借助于接触设备在冷却设备内的相应空间布置来控制,使得玻璃管元件在较早或较晚的时刻沿相应接触设备通过。当然,优选地,并非整个接触设备都必须与玻璃管元件接触,但这是可能的。只其一部分与玻璃管元件接触就可以足够了。当然,并非玻璃管元件的整个外表面必须与接触设备接触,但这是可能的。只玻璃管元件的外表面的区域与接触设备接触就可以足够了。
121.这些设计参数允许有效地控制接触设备与玻璃管线之间的相互作用程度。接触设备与玻璃管元件之间的接触越早、接触时间越长、接触范围越广,两者之间可能发生的相互作用就越多,从而可能发生的冷却就越多。
122.在另外的优选实施例中,可替代地或附加地,冷却设备具有至少一个流体分配器设备,该流体分配器设备设计为在玻璃管线外表面的至少一个区域上提供、优选至少不时地和/或逐区域地提供流体、例如水、雾和/或空气、优选为压缩空气。
123.使用流体可以改进对玻璃管线冷却过程的控制。这样,尤其可以在短时间内实现温度的剧烈变化。这也可用于支持由接触设备执行的冷却过程。
124.优选地,流体分配器至少部分地设计为至少一个环形喷嘴的形式。这允许流体与玻璃管线之间实现均匀(及周向)的相互作用。换句话说,使用环形喷嘴可以覆盖玻璃管线的整个外表面。事实证明,这至少分段地改善了玻璃管元件的直度。
125.在优选实施例中,流体分配器作为至少一个空气轴承的一部分和/或与至少一个接触设备组合使用。这使得在玻璃管元件与接触设备之间减少接触或者甚至不直接接触的情况下获得相互作用。这样可以减少污染效应。
126.在一个实施例中,可替代地或附加地,优选的是,至少一个或所有接触设备被设计为至少一个脚轮,其中优选地,玻璃管元件是可移动的、可支撑的、通过脚轮沿着运动路径被移动和/或被支撑。
127.使用脚轮具有很大的设计自由度和灵活性。例如,可以轻松实现不同的尺寸(特别是不同的直径)、不同的材料、不同的热导率和不同的接触面积。
128.例如,在脚轮的至少一个横截平面中、优选为在包括脚轮中心轴线的平面中,脚轮至少部分地具有至少一个v形凹口。
129.该凹口允许同时实现脚轮和玻璃管元件之间的两个接触区域。换句话说,由于在由“v”提供的空间内,玻璃管元件可以由脚轮支撑,因此,脚轮提供了两个可能与玻璃管元件接触的侧壁。
130.还可以利用脚轮作为同时移动玻璃管元件的运输工具。这是非常经济的。
131.公认地,一个或多个脚轮也可以由相应数量的辊代替。
132.因此,本实用新型构思清楚地表明,通过改变接触设备、特别是脚轮的空间绝对和相对位置、数量和/或直径,可以获得不同的相互作用模式,从而对冷却设备与玻璃管元件之间的相互作用进行优化。实用新型人已经认识到,这种相互作用又可以产生高质量的玻璃管元件。因此,出于不同的目的和要求,可以以舒适的方式选择相应参数。这进而允许修改并提高玻璃管元件的椭圆度和直度。
133.当然,也可以通过改变玻璃管元件的运动速度来改变冷却过程,进而改变相互作用模式,改变玻璃管元件的椭圆度和直度,从而提高玻璃管元件的质量。同样,也可以通过改变玻璃管元件的旋转速度来改变冷却过程,进而改变相互作用模式,改变玻璃管元件的椭圆度和直度,从而提高玻璃管元件的质量。
134.下面将详细描述本实用新型的其他方面。
135.第一比率
136.图1a示出了根据本实用新型的玻璃管元件1的示意性透视图。
137.玻璃管元件1具有完整的中空圆柱形式(不仅是其一部分)和围成管腔5 的壳体3。在图1a的特殊示例中,通过垂直于玻璃管元件1的主延伸方向的平面获得的玻璃管元件1的所有横截面都是相同的。因此,为了进一步说明可以将包括玻璃管元件的在图1a中指向观察者的端部的平面视为玻璃管元件1的特定横截面的示例。
138.显然,壳体3的外径在特定横截面上在圆7代表的最小直径和圆9代表的最大直径之间变化。两个圆7、9是同心的。
139.为了获得第一比率,需要壳体3的最小外径和最大外径之差的绝对值。壳体3的最小外径是圆7的直径。壳体3的最大外径是圆9的直径。差在图1a中以d标识。此外,需要壳体3的最小外径和最大外径的平均值。
140.可以理解的是,在玻璃管元件具有变化的壳体厚度和/或几何形状的情况下,对于每个横截面,可以获得一对不同的圆7、9.然而,根据定义,为了获得第一比率,将使用来自所有横截面(垂直于玻璃管元件1的延伸方向)的一对圆,他们产生最大的绝对值d。
141.第二比率
142.第二比率基于特定距离。
143.图1b示出了用于获得第二比率的参数的设置的示意图。在优选的情况下,玻璃管元件经受对称弯曲,即在玻璃管元件的两端之间对称的弯曲。然而,通常可能不是对称的。
144.玻璃管元件11由两个支架13支撑。支架13之间的距离e是1000mm。实际上,距离e是从玻璃管元件11的区段的一些子区段的起点至终点沿着直线15 测量的。当然,如果在两个支架之间延伸的玻璃管元件的区段的子区段是弯曲的,则两个支架之间的子区段的真实长度会比两个支架之间的1米的距离长。
145.对于玻璃管元件的区段的子区段的中心轴线的每个点,都可以确定出直线 15的最短距离。在图1b的图示中,玻璃管元件及其中心轴线由相同的单线描绘。
146.随后,玻璃管元件11在支架13上旋转(由图1b中的箭头标识)。图1b 示出了在具有相差180度的旋转角的两个位置中的玻璃管元件11。玻璃管元件 11的中间下垂(sag)t对应于特定距离。这是因为特定距离是所有最短距离中最大的。对于图1b中所示的情况,由于两个支架13之间的玻璃管元件11的对称弯曲,因此在两个之间13之间的中点可以找到所有最短距离中最大的。
147.在此,中间下垂(sag)t对应于根据本实用新型的特定距离。
148.公认地,对于其他类型的玻璃管元件,可以采用其他的设置。
149.第二比率可以对后利用玻璃管元件11的所述特定距离获得。
150.其他玻璃性能
151.线性热膨胀系数(cte)是表征玻璃在经历一定温度变化时的膨胀行为的量度。cte可以是如din iso 7991:1987中限定的20℃至300℃温度范围内的平均线性热膨胀系数。cte越低,温度变化引起的膨胀越小。因此,在20℃至300℃的温度范围内,本实用新型的玻璃管元件的壁的玻璃的cte优选小于12ppm/k、更优选小于10.0ppm/k、更优选小于9.0ppm/k、更优选小于8.0ppm/k、更优选小于7ppm/k、更优选小于6.5ppm/k。但是,cte也不宜太低。优选地,在 20℃至300℃的温度范围内,本实用新型玻璃的cte大于3ppm/k、更优选大于4ppm/k、更优选大于5ppm/k、更优选大于6ppm/k。为了使玻璃很好地适于化学钢化,玻璃可包含相对大量的碱金属离子、优选为钠离子。然而,由此提高了在20℃至300℃温度范围内的平均线性热膨胀系数cte。优选地,本实用新型的玻璃管元件的壁的玻璃的cte高于7
×
10-6
/℃、更优选为高于8
×
10-6
/℃、更优选为高于9
×
10-6
/℃。然而,高cte也使通过直接热成型的玻璃生产复杂化。因此,玻璃的cte优选低于13
×
10-6
/℃。
152.用于玻璃管元件壁的玻璃的转变温度可以高于300℃、500℃、520℃、530℃、 550℃,或者甚至高于600℃。玻璃管元件壁的转变温度可以低于900℃、800℃、 700℃、650℃、或630℃。通常,低转变温度通常包括用于熔融玻璃和加工的较低能量成本。另外,如果转变温度低,玻璃通常将具有较低的假想温度。因此,如果转变温度较高,则玻璃在可选化学钢化过程中将不太可能发生不可逆的热收缩。
153.玻璃管元件应以高纯度制造,并且应具有良好的抵抗力,尤其是对碱性溶液的抵抗力。耐碱性溶液对于玻璃管元件的使用非常重要。
154.平均表面粗糙度(ra)是表面纹理的量度。它是通过实际表面与其理想形式的垂直偏差来量化的。通常,振幅参数基于粗糙度轮廓与平均线的垂直偏差来表征表面。ra是这些
垂直偏差的绝对值的算术平均值。粗糙度可以用原子力显微镜测量。玻璃管元件的内表面和/或外表面优选具有小于30nm、或小于10nm、或小于5nm、或小于2nm、或小于1nm的平均表面粗糙度ra。在一些实施例中,表面粗糙度ra小于0.5nm。较小的内表面和/或外表面粗糙度减少了残留流体的量。玻璃管元件内的残留流体会引起微生物的生长,从而可能损害动物或人类的健康。此外,当将玻璃管元件握在手中时,较小的外表面粗糙度使人感觉更舒适。所提及的粗糙度值可以通过对玻璃进行火抛光来获得。
155.玻璃组成
156.用于玻璃管元件壁的玻璃不限于特定的玻璃组成。玻璃可以选自由钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃组成的组。可选地,使用硼硅酸盐玻璃。
157.优选地,玻璃管元件的玻璃包含指定量(以wt.%计)的以下成分:成分含量(wt.%)sio240至85al2o30至25na2o0至18k2o0至15mgo0至10b2o30至22li2o0至10zno0至5cao0至16bao0至12zro20至5ceo20至0.5sno20至3p2o50至15fe2o30至1.5tio20至10sro0至1f0至1cl0至1
158.sio2是一种可用于本实用新型所使用的玻璃中的相关网络形成剂。因此,玻璃可以包含至少60wt.%的sio2。更优选地,玻璃包含至少62wt.%、至少65 wt.%、至少68wt.%、大于70wt.%或甚至大于75wt.%的sio2。但是,玻璃中 sio2的含量也不宜太高,否则会影响可熔性。玻璃中sio2的含量可限制在至多 85wt.%或至多82wt.%。在实施例中,玻璃中sio2的含量为60wt.%至85wt.%或》65wt.%至75wt.%。
159.b2o3可以用于经由[bo4]四面体的形式通过增加玻璃中的桥氧化物来增强网络。它还有助于提高玻璃的抗损伤性。然而,不应在玻璃中大量使用b2o3,因为它会降低离子交换性能。此外,加入b2o3可以显著降低杨氏模量。该玻璃可以包含0至20wt.%、优选为0至15wt.%、优选为0.1至13wt.%的b2o3。在实施例中,玻璃优选包含至少5wt.%、更优选为至
少7wt.%、或至少10wt.%的b2o3。
[0160]
p2o5可用于本实用新型的玻璃中,以通过形成[po4]四面体来帮助降低熔融粘度,在不牺牲抗结晶性的情况下可以显著降低熔点。有限量的p2o5不会显着增加几何形状的变化,但可以显着改善玻璃的熔化、成型性能和离子交换(化学钢化)性能。然而,如果使用大量的p2o5,则化学钢化后的几何膨胀可能会大大增加。因此,玻璃可以包含0至4wt.%或0至2wt.%的p2o5。在一些实施例中,玻璃不含p2o5。
[0161]
据信,当碱性氧化物比率含量等于或高于al2o3时,al2o3可以很容易地形成四面体配位。[alo4]四面体配位可以与[sio4]四面体一起帮助建立更紧凑的网络,从而降低玻璃的几何形状变化。[alo4]四面体还可以显着增强化学钢化过程中的离子交换过程。因此,玻璃中al2o3的含量优选为至少0wt.%、更优选为多于 1wt.%、更优选为多于4wt.%。然而,al2o3的含量也不应很高,否则粘度可能会非常高,从而可能损害可熔性。因此,玻璃中al2o3的含量优选为至多20wt.%、至多12wt.%或至多10wt.%。在优选实施例中,玻璃中al2o3的含量为0至20 wt.%、1至12wt.%、4至10wt.%。
[0162]
tio2也可以形成[tio4],因此可以帮助建立玻璃网络,并且有利于提高玻璃的耐酸性。但是,玻璃中tio2的含量不宜太高。高浓度的tio2可作为成核剂,从而在制造过程中导致结晶。优选地,玻璃中tio2的含量为0至10wt.%,或上至7wt.%。在一些实施例中,玻璃包含至少0.5wt.%、至少2wt.%或至少3wt.%的tio2。在实施例中,玻璃不含tio2。
[0163]
zro2具有降低cte并提高玻璃耐碱性的功能。它可能会增加熔融粘度,熔融粘度可以通过使用p2o5来抑制。像碱金属一样,zr
4+
也是一种网络改良剂。此外,zro2非常有助于提高杨氏模量。优选地,玻璃中zro2的含量为0至5wt.%、上至2wt.%。玻璃可能不含zro2。在一些实施例中,玻璃包含至少0.1wt.%或至少0.2wt.%的zro2。
[0164]
碱性氧化物r2o(li2o+na2o+k2o+cs2o)可以用作网络改良剂以提供足够的氧阴离子从而形成玻璃网络。优选地,玻璃中r2o的含量为大于4wt.%或大于12wt.%。但是,玻璃中r2o的含量不宜太高,否则可能会损害化学稳定性和化学韧性。优选地,玻璃包含r2o的含量为至多30wt.%、至多25wt.%或至多 20wt.%。其他实施例不含碱性氧化物,或至少不含na2o、k2o、cs2o和/或li2o。
[0165]
li2o有助于提高玻璃的杨氏模量和降低cte。li2o对离子交换也有很大的影响。令人惊讶的是,含锂玻璃具有较小的几何变化。因此,玻璃中li2o的含量可以设定为至少0wt.%、或多于5wt.%、或甚至多于10wt.%。但是,li2o 的含量不应太高,否则会损害化学稳定性和化学韧性。优选地,玻璃中li2o的含量不超过24wt.%、小于15wt.%或甚至为0wt.%。
[0166]
na2o可用作网络改良剂。但是,na2o的含量不应太高,否则会损害化学稳定性和化学韧性。玻璃中na2o的含量优选为0至15wt.%、优选为2至15 wt.%。在优选实施例中,玻璃中na2o的含量为至少5wt.%、至少8wt.%或至少 10wt.%。
[0167]
k2o可用作网络改良剂。但是,k2o的含量不应太高,否则会损害化学稳定性和化学韧性。优选地,玻璃中k2o的含量为0至15wt.%、或》0.5至7wt.%。玻璃还可能不含k2o。
[0168]
优选地,玻璃包含比k2o多的na2o。因此,优选地,na2o/(na2o+k2o) 的摩尔比为从》0.5至1.0、从》0.6至1.0、从》0.7至1.0、或从》0.8至1.0。
[0169]
优选地,玻璃中li2o和na2o的总含量大于10mol-%,或大于15mol-%。但是,玻璃中
li2o和na2o的含量不宜太高。优选地,玻璃中li2o和na2o的总含量为至多25mol-%,或至多20mol-%。
[0170]
玻璃还可以包含碱土金属氧化物以及zno(在本说明书中统称为“ro”)。碱土金属和锌可用作网络改良剂。优选地,玻璃包含ro的含量为从0至20wt.%、优选为从0至15wt.%。在一些实施例中,优选地,玻璃包含ro的含量为至少 0.5wt.%、更优选为至少1wt.%、更优选为至少5wt.%。优选的碱土金属氧化物选自mgo、cao、sro和bao。更优选地,碱土金属选自mgo和cao。更优选地,碱土金属为mgo。优选地,玻璃包含mgo的含量为从0至10wt.%。在一些实施例中,玻璃包含至少0.5wt.%、至少1wt.%或至少2wt.%的mgo。优选地,玻璃包含cao的含量为从0至16wt.%、优选为从0至13wt.%、优选为从 0至10wt.%。在一些实施例中,玻璃包含至少0.5wt.%、至少1wt.%、至少5 wt.%、至少10wt.%或至少12wt.%的cao。优选地,玻璃包含bao的含量为从 0至12wt.%、优选为从0至10wt.%。在一些实施例中,玻璃包含至少0.5wt.%、至少2wt.%或至少7wt.%的bao。玻璃还可以不含bao、mgo和/或cao。
[0171]
优选地,玻璃包含zno的含量为从0至5wt.%。在一些实施例中,玻璃包含zno的含量为至少0.5wt.%、至少1wt.%或至少2wt.%。在其他实施例中,玻璃不含zno。优选地,玻璃中mgo和zno的总含量为从0至10wt.%。在一些实施例中,玻璃中mgo和zno的总含量为至少0.5wt.%、更优选为至少1wt.%、更优选为至少2wt.%。
[0172]
最后,当通过混合不同类型的氧化物来形成玻璃时,应该考虑综合效果以使玻璃的膨胀率相对较低,这由玻璃网络的高致密化支持。这意味着,除了[sio4] 四面体和[bo4]四面体之外,[alo4]四面体或[po4]四面体还有望比其他类型的多面体更有效地连接[sio4]。换句话说,例如[bo3]三面体和[alo6]八面体不是优选的。这意味着,优选通过添加适量的金属氧化物(例如r2o和ro)来提供足够的氧阴离子。
[0173]
优选地,玻璃中sno2的含量为从0至3wt.%。更优选地,玻璃不含sno2。优选地,玻璃中sb2o3的含量为从0至3wt.%。更优选地,玻璃不含sb2o3。优选地,玻璃中ceo2的含量为从0至3wt.%。因为ceo2具有着色作用,所以高含量的ceo2是不利的。因此,更优选地,玻璃不含ceo2。优选地,玻璃中fe2o3的含量为从0至3wt.%。更优选地,玻璃不含fe2o3。
[0174]
本文所介绍的玻璃被描述为具有不同成分的组成。这意味着玻璃包含这些成分,而不排除其他未提及的成分。然而,在优选实施例中,玻璃由本说明书中所提及的成分组成,其含量至少为95%、更优选为至少97%、更优选为至少99%。在最优选实施例中,玻璃基本上由本说明书中提及的成分组成。
[0175]
可选地,可以添加着色氧化物,例如,nd2o3、fe2o3、coo、nio、v2o5、 mno2、cuo、ceo2、cr2o3。
[0176]
0至2wt.%的as2o3、sb2o3、sno2、so3、cl和/或f也可以作为精炼剂加入。还可以添加0至5wt.%的稀土氧化物以赋予玻璃壁光学或其他功能。
[0177]
如本文所用,术语“不含x”和“不含成分x”或“0%的x”均指玻璃基本上不包含所述成分x,即这种成分最多可以作为杂质或污染物存在于玻璃中,但不作为单独的成分添加到玻璃组合物中。这意味着成分x没有以必要量添加。根据本实用新型的非必要量为小于100ppm、优选为小于50ppm、更优选为小于 10ppm的量。优选地,本文所介绍的玻璃基本上不包含本说明书中未提及的任何成分。
[0178]
在实施例中,用于玻璃管元件的玻璃包含以下重量百分比的组成:成分含量(wt.%)sio240至85al2o30至25na2o2至18k2o0至15mgo0至10b2o30至15li2o0至10zno0至5cao0至10bao0至5zro20至5ceo20至0.5sno20至3p2o50至15fe2o30至1.5tio20至10sro0至1f0至1cl0至1
[0179]
在实施例中,用于玻璃管元件的玻璃具有以下重量百分比的组成:成分含量(wt.%)sio255至65al2o310至20na2o0至3k2o0至3mgo0至5b2o30至6li2o0至3zno0至3cao7至15bao5至10zro20至3ceo20至0.5sno20至3p2o50至3fe2o30至1.5tio20至3
sro0至1f0至1cl0至1
[0180]
在实施例中,用于玻璃管元件的玻璃具有以下重量百分比的组成:成分含量(wt.%)sio265至85al2o30至7na2o0.5至10k2o0至10mgo0至3b2o38至20li2o0至3zno0至3cao0至3bao0至3zro20至3ceo20至0.5sno20至3p2o50至3fe2o30至1.5tio20至3sro0至1f0至1cl0至1
[0181]
在实施例中,用于玻璃管元件的玻璃具有以下重量百分比的组成:成分含量(wt.%)sio260至80al2o30至5na2o10至18k2o0至5mgo0至5b2o30至5li2o0至3zno0至3cao2至10bao0至5zro20至3ceo20至0.5sno20至3
p2o50至3fe2o30至1.5tio20至3sro0至1f0至1cl0至1
[0182]
玻璃管元件的可选附加处理
[0183]
为了进行可选的化学钢化,可将玻璃浸入盐浴中。盐浴可能包含钠盐和/ 或钾盐。用于盐浴的盐可以包含na、k或cs硝酸盐、硫酸盐或氯化物盐,或其一种或多种的混合物。优选盐为nano3、kno3、nacl、kcl、k2so4、na2so4、 na2co3、k2co3或其组合。诸如naoh、koh和其他钠盐或钾盐之类的添加剂也可用于更好地控制化学钢化期间的离子交换速度、压缩应力和dol。在实施例中,盐浴包含kno3、nano3、csno3或其混合物。
[0184]
化学钢化期间的温度可以在320℃至700℃、350℃至500℃或380℃至450℃的范围内。如果钢化温度非常低,则钢化速率将很低。因此,优选地,化学钢化在高于320℃、更优选为高于350℃、更优选为高于380℃、更优选为至少400℃的温度下进行。但是,钢化温度不宜太高,因为太高的温度会导致压缩应力松弛强烈和压缩应力低。优选地,化学钢化在小于500℃、更优选为小于450℃的温度下进行。
[0185]
化学钢化的时间可以为从5分钟至48小时、从10分钟至20小时、从30 分钟至16小时或从60分钟至10小时的范围。在优选实施例中,化学钢化的持续时间为0.5至16小时。化学钢化可以单步骤或多步骤进行,特别是两步骤进行。如果钢化的持续时间很短,则得到的dol可能会很低。如果钢化时间非常长,则cs可能会非常松弛。在多步步骤钢化程序中,每个钢化步骤的持续时间优选为在0.05和15小时之间、更优选为在0.2和10小时之间、更优选为在0.5 和6小时之间、更优选为在1和4小时之间。化学钢化的总时间、特别是两个或更多个单独钢化步骤的总时间优选为在0.01和20小时之间、更优选为在0.2和 20小时之间、更优选为在0.5和15小时之间、更优选为在1和10小时之间、更优选为在1.5至8.5小时。玻璃管元件可以进行化学钢化处理,使具有至少为10 μm或至少20μm的dol。在一些实施例中,dol可以上至80μm、上至60μm 或上至50μm。
[0186]
在一些实施例中,使用kno3和nano3的混合物对玻璃进行化学钢化。在实施例中,该混合物包含小于50mol%的nano3、小于30mol%的nano3、小于20mol%的nano3、小于10mol%的nano3或小于5mol%的nano3。在一些实施例中,使用kno3和csno3的混合物对玻璃进行化学钢化。在实施例中,混合物包含小于50mol%的csno3、小于30mol%的csno3、小于20mol%的csno3、小于10mol%的csno3或小于5mol%的csno3。余量可能是kno3。
[0187]
通过使用kno3和nano3的混合物或通过用基本上纯的nano3和基本上纯的kno3进行单独的钢化步骤来完成用kno3和nano3进行的化学钢化。同样在用kno3和nano3的混合物对玻璃进行化学钢化的实施例中,优选地,进行两个不同的连续钢化步骤。优选地,用于第二钢化步骤的混合物中kno3的比例高于用于第一钢化步骤的混合物中kno3的比例。化学钢化可包括在盐浴中用各种浓度的碱金属离子进行的多个步骤,以达到更好的钢化性能。
[0188]
可以将玻璃浸入上述盐的熔盐浴中,或用含有上述离子(如钾离子和/或其他碱金属离子)的糊状物覆盖玻璃,并加热到高温一段时间来实现钢化。盐浴或糊状物中离子半径
较大的碱金属离子与玻璃制品中半径较小的碱金属离子进行交换,由于离子交换而形成表面压缩应力。
[0189]
本实用新型的化学钢化的玻璃管元件可通过至少化学钢化本实用新型的玻璃管元件的壁而获得。钢化过程可以通过将玻璃管元件、玻璃管、玻璃壁或任何中间玻璃制品部分或完全浸入上述盐浴中或使其经受盐糊状物来完成。盐浴中的一价离子半径大于玻璃内部的碱离子半径。离子交换后,玻璃网络中更大的离子挤压对玻璃产生了压缩应力。经过离子交换后,玻璃的强度和柔韧性出乎意料地得到显着提高。另外,由化学钢化引起的压缩应力可增加玻璃管元件的耐刮擦性。因为刮擦会影响玻璃表面的机械和化学耐性以及光学外观,所以提高耐刮擦性对于玻璃管元件尤为重要。
[0190]
化学钢化后,将玻璃管从盐浴中取出,然后用水清洗并干燥。压缩应力层形成在钢化玻璃管的外表面和/或内表面上。相应地,在玻璃管壁的芯部形成拉应力。
[0191]
众所周知,优选地,任何现有的应力层或应力模式可以与随后的化学钢化引入的应力层或应力模式重叠。特别地,通过化学钢化引入的应力层/模式的深度可以是例如50μm,而其他应力层/模式可以在玻璃材料的整个深度上延伸。这可能导致的情况是任何先前的应力层/模式或其部分在或至少在根据化学钢化过程偏置某个值的某些体积/表面区域中。
[0192]
钢化
[0193]
在制造过程中,可以将一种或多种类型的钢化应用于玻璃管元件。例如,可以对玻璃管元件进行化学钢化。这种类型的钢化在本技术的其他地方都有详细说明。
[0194]
玻璃管元件壁的阈值扩散率d优选为至少1.5μm2/小时、更优选为至少4 μm2/小时。玻璃的化学钢化性能可以用阈值扩散率d来描述。阈值扩散率d可由测得的层深(dol)和离子交换时间(iet)根据以下关系式计算:dol=~1.4 sqrt(4
×d×
iet)。例如,当用kno3在410℃下化学钢化玻璃8小时的时候,可以测得阈值扩散率。用于玻璃管元件的玻璃可以具有优异的化学钢化性能,这使得生产非常经济。因此,玻璃可以具有至少1.5μm2/小时的阈值扩散率d。优选地,本实用新型玻璃的阈值扩散率d为至少4μm2/小时、至少6μm2/小时、至少8μm2/小时、至少10μm2/小时、至少12μm2/小时、至少14μm2/小时、至少16μm2/小时、至少18μm2/小时、至少20μm2/小时、至少25μm2/小时、至少30μm2/小时、至少35μm2/小时、或者甚至至少40μm2/小时。在实施例中,阈值扩散率高达60μm2/小时或50μm2/小时。
[0195]
在一些实施例中,采用化学钢化。
[0196]
切割机构
[0197]
在优选实施例中,三种切割机构中的至少一种可以用来制造玻璃管元件,即用较长的玻璃元件(例如玻璃管线)制备期望长度的每个玻璃管元件:1.刮擦,指在期望位置对较长的玻璃元件进行刮擦和折断,以获得单个玻璃管元件,该技术也可以称为“刻痕折断”;2.锯切,指在期望位置对较长玻璃元件进行锯切,从而获得单个玻璃管元件;3.激光切割,指单个玻璃管元件是通过激光从较长的玻璃元件上切下单个段而获得的。
[0198]
在优选实施例中,采用激光切割技术。
[0199]
抛光
[0200]
在优选实施例中,玻璃管元件的所有或至少一个或多个部分都可以用火抛光。这就是说,例如在拉制玻璃管期间或之后,材料会暴露于火焰或热中,这可能会使表面变得光
滑。优选地,至少玻璃管元件的端部是火抛光的。更优选地,整个玻璃管元件、至少其外表面是火抛光的。也可参考上面关于表面粗糙度讨论。
附图说明
[0201]
当根据所附示意图进行阅读时,根据以下对优选实施例的详细描述,本实用新型的各个方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见,其中
[0202]
图1a示出了根据本实用新型的玻璃管元件1的示意性透视图;
[0203]
图1b示出了用于获得第二比率的参数的设置的示意图;
[0204]
图2示出了根据本实用新型的玻璃管元件;
[0205]
图3示出了第一示例性生产线的示意图;
[0206]
图4示出了接触设备的示意性剖视图;
[0207]
图5示出了第二示例性生产线的示意图;
[0208]
图6示出了第三示例性生产线的示意图;
[0209]
图7示出了第四示例性生产线的示意图;
[0210]
图8示出了第五示例性生产线的示意图。
具体实施方式
[0211]
图2示出了根据本实用新型的玻璃管元件101。
[0212]
它具有中空圆柱形的形状(不仅是其一部分,而是整个)以及围成管腔105 的壳体103。玻璃管元件101的长度(即从上到下)为1.5m。玻璃管元件101的最大外径在6和25mm之间。实际上,标称外径为24mm。壳体103具有1mm 的平均厚度t。
[0213]
在垂直于玻璃管元件101的主延伸方向r的方向上具有特定横截平面,在该平面中,壳体103的最小外径和最大外径之差具有最大的绝对值。(当然,可以有多个垂直的平面,并且其差值具有相同的最大值。在这种情况下,可以选择每个平面作为特定横截平面。)
[0214]
限定一方面在玻璃管元件的特定横截平面中壳体的外径的最小值与最大值的差值和另一方面在玻璃管元件的特定横截平面中壳体的外径的最小值和最大值的平均值的第一比率。对于玻璃管元件101,该第一比率小于4
×
10-3

[0215]
此外,限定了特定距离与1米的第二比率。
[0216]
选择或能够选择出玻璃管元件101的具有至少一个起点和至少一个终点的区段的以些子区段,其中从起点到终点沿直线(在图2中未示出)测量或能够测量出1米的距离。
[0217]
对于玻璃管元件101的区段的子区段的中心轴线(在图2中未示出)的每个点,确定或能够确定到直线的最短距离。
[0218]
特定距离限定为所有最短距离中最大的。对于玻璃管元件101,该第二比率小于0.7
×
10-3

[0219]
对于玻璃管元件101,第一比率和第二比率的乘积小于4
×
10-6

[0220]
图3示出了用于生产玻璃管元件,例如玻璃管元件101的第一示例性生产线的示意图。
[0221]
由某种成形设备113形成的玻璃管线111线被重定向到水平方向。在这里没有详细说明成形设备113,但可以将其设计为执行例如丹纳(danner)法或维洛(vello)法。
[0222]
众所周知,玻璃管元件是玻璃管线111的一部分。或者可以说,玻璃管元件在其生产过程中一件式地连接于另外的玻璃管元件。随后使用玻璃管线111制造玻璃管元件例如玻璃管元件101。
[0223]
因此,即使参考玻璃管线111,本领域技术人员也清楚地知道,由于玻璃管元件对应于玻璃管线的各个区段,因此玻璃管线111所经历的每种处理也适用于玻璃管元件。反之亦然。如果声明以某种方式处理玻璃管元件,这就与已经使用其制造出玻璃管元件的玻璃管线以这种方式处理是一样的(除非另有说明或从上下文中显而易见)。
[0224]
玻璃管线111从x=0的位置开始(参见图3)在平行于x轴的水平方向上延伸,该x轴对应于所限定的运动路径。玻璃管线111具有限定的运动速度,优选为30cm/s。玻璃管线111以及由此对应于玻璃管线111的各个区段的玻璃管元件以限定的运动速度通过冷却设备115,以建立玻璃管线111(由此玻璃管元件)的局部改变的冷却速率。当穿过/沿着冷却设备115时,玻璃管线111的表面温度和少暂时处于tg-50℃和tg+150℃之间。tg是指转变温度。
[0225]
冷却设备115具有多个的四个接触设备117a至117d。每个接触设备117a 至117d设计为脚轮的形式。接触设备117a至117d至少不时地与玻璃管线111 (由此相应的玻璃管元件)的外表面的至少一个区域直接接触。
[0226]
更准确地说,四个接触设备117a至117d一个接一个地适时与玻璃管元件 (即玻璃管线111的相应区段)的外表面相接触。玻璃管线111对应于玻璃管元件(例如玻璃管元件101)的区段首先与接触设备117a接触,然后与接触设备117b接触,再然后与接触设备117c接触,最后与接触设备117d接触。当然,这并不排除多于一个的接触设备与外表面同时接触。
[0227]
通过接触设备117a至117d实现玻璃管线111的局部改变的冷却速率。所有接触设备117a至117d至少在与玻璃管线111接触的区域中具有1w/(m
×
k) 和100w/(m
×
k)之间的热导率。实际上,热导率优选地在30w/(m
×
k)和 50w/(m
×
k)之间。这样就可以控制并改变冷却速率。
[0228]
已经证明,改变冷却速率可以改善几何参数,因而改进第一比率和第二比率的值,从而提高玻璃管元件的质量。
[0229]
接触设备117a至117d以连贯的方式位于沿着运动路径的空间位置 p1
……
p4处。以连贯的方式布置的每两个接触设备(即优选地它们是直接相邻的)具有不超过50cm的中心距(优选为沿运动路径测量)。实际上,中心距为 50cm。在空间位置p5
……
p8处设置另外的接触设备119a至119d。
[0230]
图4示出了接触设备、例如脚轮117a的示意性剖视图。该视图是通过垂直于图2中x轴的切割平面获得的,以使该视图包括接触设备的中心轴线。
[0231]
脚轮117a(以及同样的脚轮117b至117d)具有v形凹口,该凹口允许沿运动路径支撑和/或移动玻璃管线111。这种成型允许接触设备、例如脚轮117a 通过接触设备的相应接触区域同时与玻璃管线111(由此玻璃管元件)的外表面的两个区域121a、121b相接触。接触区域和接触设备117a所接触的外表面121a、 121b区域彼此分开。
[0232]
区域121a、121b由脚轮的表面区域即接触区域生成,脚轮的表面区域具有至少一个点,该点距脚轮117a的中心轴线的距离d/2不超过10cm。
[0233]
一旦玻璃管线111(或其与玻璃管元件相对应的区段)离开冷却设备115,玻璃管线
111就具有低于tg-50℃的表面温度。当然,这并非必须,并且其表面温度可能仍处于tg-50℃和tg+150℃之间。但是,在优选设置中,温度低于tg
‑ꢀ
50℃。这是事实,因为在这种情况下,玻璃管线111与其他元件的后续接触对玻璃管线111(由此玻璃管元件)的任何优选性能没有或没有显着或至少没有不利影响。
[0234]
实际上,在图3的设置中,在冷却设备115之后,玻璃管线111与沿运动路径连续设置在空间位置p5
……
p8处另外的脚轮119a至119d相接触。然而,这些脚轮可能与冷却设备115所包括的脚轮117a至117d不同,因为它们不是冷却设备115的一部分并且不用于控制玻璃管线111的冷却特性。
[0235]
当然,在其他优选实施例中,脚轮119a至119d可以对应于第二冷却设备的接触设备。
[0236]
如图3中的圆形箭头所示,玻璃管线111在其冷却期间以每秒1转或更高的旋转速度旋转。实际上,由于玻璃管线111在整个时间内一直旋转直至成型,因此其也在冷却期间旋转。
[0237]
在一些输送设备123的下游,对玻璃管线111进行成型,以便从线中获得期望长度的单个玻璃管元件,例如玻璃管元件101。
[0238]
图5示出了用于生产玻璃管元件、例如玻璃管元件101的第二示例性生产线的示意图。与第一示例性生产线的结构特征相同或相似的第二示例性生产线的结构特征在图5中用相同的参考数字表示,但带有单引号。
[0239]
显然,第二示例性生产线与参照图3描述的第一示例性生产线在很大程度上相似。因此,这里仅需要讨论第一示例性生产线和第二示例性生产线之间的区别。另外,可以参考以上关于图3的说明。
[0240]
图5的生产线包括冷却设备115',其具有5个接触设备117a'至117e'。
[0241]
接触设备117a'至117e'以连贯的方式位于沿着运动路径的空间位置 p1'
……
p5'处。以连贯的方式布置的每两个接触设备(即,优选地它们是直接相邻的)具有不超过50cm的中心距(优选为沿着运动路径测量)。实际上,中心距为30cm。
[0242]
这意味着,添加了一个接触设备117e'。并且相邻接触设备117a'至117e'之间的中心距从50cm减小至30cm。
[0243]
该设置允许在冷却期间增加冷却设备115'与玻璃管线111'之间的相互作用。
[0244]
事实证明,相互作用的增加是有好处的,即使其会带来更高的设置成本。由此产生的玻璃管元件具有改进的几何参数、尤其是改进的第一比率和第二比率,因而具有改进的质量。
[0245]
冷却设备115'不包括位于空间位置p6'
……
p10'处的其他脚轮119a'至119e'。
[0246]
图6示出了用于生产玻璃管元件、例如玻璃管元件101的第三示例性生产线的示意图。与第一和/或第二示例性生产线的结构特征相同或相似的第三示例性生产线的结构特征在图6中用相同的参考数字表示,但带有双引号(”)。
[0247]
显然,第三示例性生产线与参照图3和图5描述的第一和第二示例性生产线在很大程度上相似。因此,这里仅需讨论第一、第二和第三示例性生产线之间的区别。另外,可以参考以上关于图3和图5的说明。
[0248]
图6的生产线包括冷却设备115”,该冷却设备具有以连贯的方式位于沿着运动路
径的空间位置p1
”……
p5”处的5个接触设备117a”至117e”。
[0249]
可以根据直径和中心距将多个接触设备117a”至117e”分为两组。
[0250]
第一组包括在空间位置p1
”……
p4”(或第一空间位置)处的接触设备117a”至117d”,第二组包括在空间位置p5”(或第二空间位置)处的接触设备117e”。第一组接触设备117a”至117d”的直径小于第二组接触设备117e”的直径。较小的直径使得相邻接触设备117a”至117d”的中心距减小至3cm。
[0251]
该设置允许在冷却期间增加冷却设备115”与玻璃管线111”之间的相互作用。事实证明,接触设备靠得更近是有利的。因而,通过减小尺寸、特别是减小设计为脚轮的接触设备的直径,可以在更高的温度下应用更多的接触设备。
[0252]
由于在图6的设置中使用了不同的脚轮,因此根据第一次接触时间和脚轮直径获得了不同的相互作用。
[0253]
图7示出了用于生产玻璃管元件例如玻璃管元件101的第四示例性生产线的示意图。与第一、第二和/或第三示例性生产线的结构特征相同或相似的第四示例性生产线的结构特征在图7中用相同的参考数字表示,但带有三引号(”')。
[0254]
显然,第四示例性生产线与参照图3、图5和图6所述的第一、第二和第三示例性生产线基本相似。在此,仅需讨论第一、第二、第三和第四示例性生产线之间的区别。另外,可以参考以上关于图3、图5及图6的说明。
[0255]
图7的生产线包括冷却设备115”',该冷却设备具有以连贯的方式位于沿着运动路径的空间位置p1”'
……
p6”'处的6个接触设备117a”'至117f”'。
[0256]
可以根据直径和中心距将多个接触设备117a”'至117f”'分为两组。
[0257]
第一组包括在空间位置p2”'
……
p4”'(或中部空间位置)处的接触设备 117b”'至117d”',第二组包括在空间位置p1”'和p5”'(或端部空间位置)处的接触设备117a”'和117f”'。第一组接触设备117b”'至117d”'的直径小于第二组接触设备 117a”'和117f”'的直径。较小的直径使得相邻接触设备17b”'至117d”'的中心距减小至3cm。
[0258]
接触设备117a”'至117f”'的布置使得玻璃管线111”'首先与第二组的接触设备117a”'接触,然后一个接一个地与第一组的接触设备117b”'至117d”'接触,最后与第二组的接触设备117e”'接触。
[0259]
换句话说,借助于大直径的接触设备117a”',在玻璃管线111”'与冷却设备 115”'之间发生第一次相互作用。然后,通过直径较小的接触设备117b”'至117e”' 进行相互作用。最后,通过直径较大的接触设备117f”'进行相互作用。
[0260]
这种交替的相互作用导致改进的几何参数和最终玻璃元件的质量。
[0261]
冷却设备115”'不包括在空间位置p6”'
……
p10”'处的其他脚轮119a”'至 119d”'。
[0262]
图8示出了用于生产玻璃管元件例如玻璃管元件101的第五示例性生产线的示意图。与第一、第二、第三和/或第四示例性生产线的结构特征相同或相似的第五示例性生产线的结构特征在图8中用相同的参考数字表示,但带有四引号(
””
)。
[0263]
第五示例性生产线特别基于参照图7所描述的第四示例性生产线。因此,这里仅需讨论第四和第五示例性生产线之间的差异。另外,可以参考以上关于图 7的说明。
[0264]
图8的生产线包括冷却设备115
””
,该冷却设备具有以连贯的方式位于沿着运动路
径的空间位置p1
””……
p6
””
处的7个接触设备117a
””
至117f
””
(其中p1
””
称为首位空间位置,p6
””
称为末位空间位置)。实际上,用117a
””
表示两个均位于p1
””
处的接触设备,它们构成了一个接触设备组。该接触设备组的接触设备 117a
””
旋转对称地围绕玻璃管线111(由此围绕玻璃管元件101)布置。
[0265]
换句话说,两个接触设备117a
””
之一位于玻璃管线111
””
的水平上方,另一个位于玻璃管线111
””
的水平下方。
[0266]
这仅仅是用于增加交互元件,尤其是接触设备的数量的另一种设计选择。这使得在空间位置p1
””
处,冷却设备115
””
与玻璃管线111
””
之间的四个接触表面在空间需求和消耗很小的情况下相互作用,两个接触设备117a
””
中的每一个具有两个接触区域(参见关于图4的描述)。
[0267]
对于本实用新型在其不同实施例中的实现而言,说明书、附图以及权利要求书所公开的特征是必不可少的,其可以单独使用,也可以组合使用。
[0268]
附图标记列表:
[0269]
1玻璃管元件
[0270]
3壳体
[0271]
5管腔
[0272]
7圆
[0273]
9圆
[0274]
11玻璃管元件
[0275]
13支架
[0276]
15线
[0277]
101玻璃管元件
[0278]
103壳体
[0279]
105管腔
[0280]
111、111'、111”、111”'、111
””
玻璃管线
[0281]
113、113'、113”、113”'、113
””
成型设备
[0282]
115、115'、115”、115”'、115
””
冷却设备
[0283]
117a、117a'、117a”、117a”'、117a
””
接触设备
[0284]
117b、117b'、117b”、117b”'、117b
””
接触设备
[0285]
117c、117c'、117c”、117c”'、117c
””
接触设备
[0286]
117d、117d'、117d”、117d”'、117d
””
接触设备
[0287]
117e'、117e”、117e”'、117e
””
接触设备
[0288]
117f”'、117f
””
接触设备
[0289]
119a、119a'、119a”、119a”'、119a
””
接触设备
[0290]
119b、119b'、119b”、119b”'、119b
””
接触设备
[0291]
119c、119c'、119c”、119c”'、119c
””
接触设备
[0292]
119d、119d'、119d”、119d”'、119d
””
接触设备
[0293]
119e'、119e”、119e”'、119e
””
接触设备
[0294]
121a、121b接触区域
[0295]
123、123'、123”、123”'、123
””
运输设备
[0296]
p1、p1'、p1”、p1”'、p1
””
位置
[0297]
p2、p2'、p2”、p2”'、p2
””
位置
[0298]
p3、p3'、p3”、p3”'、p3
””
位置
[0299]
p4、p4'、p4”、p4”'、p4
””
位置
[0300]
p5、p5'、p5”、p5”'、p5
””
位置
[0301]
p6、p6'、p6”、p6”'、p6
””
位置
[0302]
p7、p7'、p7”、p7”'、p7
””
位置
[0303]
p8、p8'、p8”、p8”'、p8
””
位置
[0304]
p9'、p9”、p9”'、p9
””
位置
[0305]
p10'、p10”、p10”'、p10
””
位置
[0306]
p11”'、p11
””
位置
[0307]
d距离
[0308]
e距离
[0309]
t距离
[0310]
x、x'、x”、x”'、x
””

[0311]
d距离
[0312]
r方向
[0313]
t厚度

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